1. Гравіметрична розвідка (гравірозвідка)

Гравіметрична або гравітаційна розвідка - це геофізичний метод дослідження земної кори і розвідки корисних копалин, який вивчає розподіл поля сили тяжіння на поверх­ні Землі. Основними параметрами гравітаційного поля є прискорення сили тяжіння і градієнти, тобто зміни прискорення по різних напрямах.

Величини параметрів поля сили тяжкості залежать, з одного боку, від причин обумовлених формою і обертанням Землі (нормальне поле), а з іншого боку - від нерівномірності зміни густини порід, що складають земну кору (аномальне поле). Ці дві основні причини змі­нення сили тяжкості на Землі послужили основою двох напрямків: геодезичної гравіметрії і гравітаційної розвідки. Від інших методів розвідувальної геофізики гравірозвид­ка відрізняється порівняно великою продуктивністю польо­вих спостережень.

Інтерпретація, або тлумачення матеріалів гравірозвідки, частіше всього носить якісний характер. Проте у деяких випадках у результаті можна отримати кількісні дані про глибину і розміри геологічних об'єктів утворюючих аномалії сили тяжкості з точністю до 20 - 30%.

Гравірозвидка застосовується для вирішення різних геологічних задач з глибинністю досліджень від декількох метрів (наприклад, при розвідці околиць гірських вироблень) до декількох десятків кілометрів (наприклад, при вивченні верх­ньої мантії).

1.1 Елементи теорії гравітаційного поля землі

Сила тяжіння (G) – це рівнодіючу двох сил - сили ньютонівського тяжіння всією масою Землі (F) і центр обіжної сили, що виникає унаслідок добового обертання землі (Р). Віднесені до одиниці маси ці сили характеризуються прискоренням сили тяжкості g, прискоренням тяжіння і відцентровим прискоренням. Таким чином, прискорення сили тяжкості рівно геометричній сумі прискорення тяжіння і відцентрового прискорення.

Звичайно у гравіметрії, коли гово­рять «сила тяжкості», мають на увазі саме прискорення сили тяжкості. Одиницею прискорення у системі СІ служить гал. В практиці гравіметрії застосовується величина в 1000 разів менша - мілігал (мгал). Сила тяжіння якої-небудь маси всією масою Землі визначається законом тяжіння Ньютона.

У Землі існує поле сили тяжіння, що характеризується напруженістю, рівній силі тяжкості одиниці маси, т, е. приско­ренням сили тяжіння. Оскільки відцентрове прискорення дуже мало в порівнянні з прискоренням тяжіння те прискорення сили тяжкості практично рівно прискоренню тяжіння.

Поверхня, у кожній точці якої величина сили тяжіння спрямована по нормалі, називається поверхнею рів­ного потенціалу або у ревеневої поверхнею. Рівнява поверхня, співпадаюча з поверхньою океанів Землі називається геоїдом. За формою геоїд близький до сфероїда.

Повний вектор сили тяжіння однозначно визначається похідними потенціалу по трьох координатних осях. Аналогічний сенс мають другі похідні. Нормальним значенням з­веться сила тяжіння, обумовлена добовим обертанням і тяжінням Землі, у припущенні, що вона складається з однорідних по густині концентричних шарів. Земля геоїд тому нормальні значень сили тяжкості розраховуються для поверхні геоїда, тобто для рівня океану.

У значення сили тяжіння вводяться поправки (редукції). Введення поправок необхідне тому що нормальне значення відносяться до поверхні геоїда, яка співпадає з рівнем океану, а зміряні значення відносяться до реальної земної поверхні. Для приведення зміряного значення до рівня океану вводять поправку за висоту, звану так само поправкою на «вільне повітря», або поправкою Фая. При введенні поправки на тяжіння проміжного шару обчислюється тяжіння мас шаром між рівнем океану і даною крапкою. Ці маси замінюються шаром і для розрахунку цієї поправки використовують формулу тяжіння плоско паралельні пластини. Для обліку тяжіння рельєфу місцевості, що оточує пункт спостереження, при зйомці в гірських районах вводяться топографічні поправки.

Для тлумаченні ре­зультатів необхідно знати густину гірських порід, бо це єдиний фізичний параметр, на якому базується гравірозвідка. Звичайно вимірюється густина зразків взятих з природних оголень, свердловин і гірських вироблень. Іноді густина може бути визначене з гравіметричних спостережень.

Найпростішим способом визначення густини зразка є зважування зразка в повітрі і воді. Поширений і простий прилад для вимірювання щільності - денситометр. Для достовірності і показності вимірювання слід проводити на великій кількості зразків (до 50 штук). По багатократних вимірюваннях густини зразків одного і того ж літологічного комплексу будується варіаційна крива або графік залежності значень від кількості зразків. Максимум цієї кривої характеризує найвірогідніше значення густини для даної породи.

Густина гірських порід і руд залежить від хіміко-мінералогі­чного складу і пористості. Густина вивержених і метамор­фічних порід визначається в основному мінералогічним со­ставом і збільшується при переході від порід кислих до основних і ультра основні відповідно до збільшення залізовміщюючі мінералів. Для осадових порід густина визначається перш за все пористістю, водонасиченістю і в меншому сту­пені складом.